CN110813935A - 用于复杂构件的激光清洗设备及激光清洗方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于激光清洗设备技术领域，尤其涉及一种用于复杂构件的激光清洗设备及激光清洗方法，包括激光清洗系统、驱动机构、控制模组、机箱和防护罩，激光清洗系统包括高功率光纤激光器和激光清洗头，激光清洗头和高功率光纤激光器电连接，激光清洗头设置有三维扫描振镜，驱动机构装夹并驱动待清洗零件在X轴和Y轴构成的平面上运动，和/或绕Z轴旋转，控制模组控制激光清洗头和驱动机构联动，对待清洗零件进行六轴光机电协同控制式激光清洗。驱动机构能够驱动待清洗零件在X轴和Y轴构成的二维平面上运动，和/或绕Z轴旋转，当待清洗零件为复杂构件时，激光清洗头能够与驱动机构配合，六轴光机电协同控制作业，对待清洗零件各个表面的激光清洗。

Description

用于复杂构件的激光清洗设备及激光清洗方法

技术领域

本申请属于激光清洗设备技术领域，尤其涉及一种用于复杂构件的激光清洗设备及激光清洗方法。

背景技术

近年来，随着技术的进步和零件加工要求的提升，激光清洗技术得益于其非接触、无热效应和适用于多种材质表面的特点而逐渐成为继化学清洗和机械清洗等传统清洗技术的另一新型零件清洗技术。

现有技术中，激光清洗技术虽具有上述优点，但受限于现有的激光清洗设备的固有缺陷，其仅能对构型较为简单的零件实现激光清洗，但对于结构复杂的零件，往往难以实现对其表面的有效清洗。

申请内容

本申请的目的在于提供一种用于复杂构件的激光清洗设备及激光清洗方法，旨在解决现有技术中的激光清洗设备难以实现对复杂构件表面进行激光清洗的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：一种用于复杂构件的激光清洗设备，包括激光清洗系统、驱动机构、控制模组、机箱和防护罩，所述防护罩设置于所述机箱上，所述激光清洗系统包括高功率光纤激光器和激光清洗头，所述高功率光纤激光器设置于所述机箱内，所述激光清洗头设置于所述防护罩内并和所述高功率光纤激光器电连接，所述激光清洗头的出光口设置有三维扫描振镜，所述驱动机构设置于所述机箱上并对应所述三维扫描振镜设置，所述驱动机构用于装夹并驱动待清洗零件在X轴和Y轴构成的二维平面上运动，和/或绕Z轴旋转，所述控制模组设置于所述机箱内，所述激光清洗头和所述驱动机构均和所述控制模组电连接，所述控制模组控制所述激光清洗头和所述驱动机构联动，以对所述待清洗零件进行六轴光机电协同控制式激光清洗。

可选地，所述激光清洗头内设置有光束整形模块，所述光束整形模块用于将输入所述激光清洗头的高斯光束整形为平顶光束，并控制所述平顶光束经由所述激光清洗头的出光口射出。

可选地，所述光束整形模块包括沿所述激光清洗头的入光口至出光口逐序排布的滤波准直模块、扩束模块和非球面变光路模块。

可选地，所述滤波准直模块包括间隔设置的滤波透镜和准直透镜，所述滤波透镜靠近所述激光清洗头的入光口设置，所述准直透镜靠近所述扩束模块设置。

可选地，所述扩束模块包括靠近所述准直透镜设置的第一扩束透镜和靠近所述非球面变光路模块设置的第二扩束透镜，所述第一扩束透镜和所述第二扩束透镜均为平凸透镜，所述第一扩束透镜的凸面朝向所述准直透镜设置，所述第二扩束透镜的凸面朝向所述非球面变光路模块设置。

可选地，所述非球面变光路模块包括间隔设置的第一变光路透镜和第二变光路透镜，所述第一变光路透镜靠近所述第二扩束透镜设置，所述第二变光路透镜靠近所述激光清洗头的出光口设置，所述第一变光路透镜为平凹透镜，所述第一变光路透镜的凹面朝向所述第二变光路透镜设置，所述第二变光路透镜为平凸透镜，所述第二变光路透镜的凸面朝向所述第一变光路透镜的凹面设置。

可选地，所述驱动机构包括沿X轴设置于所述机箱上的第一线性模组、沿Y轴设置于所述第一线性模组上的第二线性模组和用于装夹所述待清洗零件的旋转装夹机构，所述旋转装夹机构对应所述激光清洗头设置，所述第一线性模组、所述第二线性模组和所述旋转装夹机构均和所述控制模组电连接。

可选地，所述控制模组包括工控机和若干与所述工控机电连接的PLC控制器，所述第一线性模组、所述第二线性模组、所述旋转装夹机构和所述激光清洗头分别和对应的所述PLC控制器电连接。

本申请的有益效果：本申请实施例提供的用于复杂构件的激光清洗设备，工作时，设置于机箱内的高功率光纤激光器向激光清洗头传输激光光束，激光光束经由三维扫描振镜射出至装夹至驱动机构上的待清洗零件表面，进而实现对待清洗零件表面的激光清洗。而由于驱动机构能够驱动待清洗零件在X轴和Y轴构成的二维平面上运动，和/或绕Z轴旋转，这样控制模组即可通过控制驱动机构和三维扫描振镜实现上述两者的六轴光机电协同控制，这样当待清洗零件为复杂构件时，激光清洗头便能够与驱动机构相配合，实现六轴光机电协同控制作业，这样便可灵活有效地实现对待清洗零件(尤其是复杂构件)各个表面的激光清洗作业。

本申请实施例还提供了一种激光清洗方法，包括以下步骤：

一种激光清洗方法，包括以下步骤：

S1：提供高功率光纤激光器和与所述高功率光纤激光器电连接的激光清洗头，在所述激光清洗头的出光口安装三维扫描振镜；

S2：提供驱动机构，所述驱动机构装夹并驱动待清洗零件在X轴和Y轴构成的二维平面上运动，和/或绕Z轴旋转，使得所述驱动机构正对所述三维扫描振镜；

S3：提供保护气体发生装置，使得所述保护气体发生装置于激光清洗作业时，向所述待清洗零件的清洗部位喷射保护性气体；

S4：提供超声波辅助振动装置，将所述超声波辅助振动装置安装于所述驱动机构上，并使得所述超声波辅助振动装置于激光清洗作业时，向所述待清洗零件提供振动力；

S5：提供控制模组，使得所述激光清洗头、所述驱动机构、所述保护气体发生装置和所述超声波辅助振动装置均和所述控制模组电连接，所述控制模组控制所述激光清洗头和所述驱动机构联动，以对所述待清洗零件进行六轴光机电协同控制式激光清洗。

可选地，所述激光清洗头内设置有用于使得所述激光清洗头输出的光束均匀化，并提高所述激光清洗头的的能量利用率的光束整形模块，所述光束整形模块由如下制造方法制得：

S11：建立输入和输出所述激光清洗头的光束的物理模型；

S12：对所述光束进行光线追迹求解；

S13：提供滤波准直模块、扩束模块和非球面变光路模块，并根据光线追迹求解的结果对所述滤波准直模块、所述扩束模块和所述非球面变光路模块在激光清洗头内进行排布；

S14：建立所述非球面变光路模块的非球面镜面型函数；

S15：对所述非球面变光路模块的面型曲线进行拟合；

S16：根据所述非球面变光路模块的面型曲线拟合结果确定所述非球面变光路模块的面型曲线。

本申请实施例提供的激光清洗方法，通过控制模组对驱动机构和三维扫描振镜的联动控制，如此便实现了对待清洗零件的六轴光机电协同控制式激光清洗，从而显著提升了待清洗零件的激光清洗效率，也实现了对待清洗零件各个表面的灵活清洗。而通过设置超声波辅助振动装置，其可在控制模组的控制下，配合驱动机构和激光清洗头进行联动，从而快速震落待清洗零件表面污物(尤其是复杂构件中常规清洗方法难以去除的污物)，这样待清洗零件表面的污物即可在激光脉冲的振动作用、污物粒子所发生的热膨胀、污物分子级发生的光分解或相变，以及超声波辅助振动装置提供的振动力的复合作用下，快速脱离待清洗零件的表面，如此便显著提升了待清洗零件的激光清洗效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的用于复杂构件的激光清洗设备的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的用于复杂构件的激光清洗设备的另一结构示意图；

图3为本申请实施例提供的用于复杂构件的激光清洗设备的另一角度的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的用于复杂构件的激光清洗设备的光束整形模块的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的激光清洗方法的工艺流程图；

图6为图5中步骤S1的一种实现方法的流程图；

图7为本申请实施例提供的激光清洗方法的实施原理图一；

图8为本申请实施例提供的激光清洗方法的实施原理图二；

图9为本申请实施例提供的激光清洗方法的实施原理图三；

图10为本申请实施例提供的激光清洗方法的实施原理图四。

其中，图中各附图标记：

10—机箱 20—防护罩 21—除尘装置

22—声光报警器 30—激光清洗系统 31—高功率光纤激光器

32—激光清洗头 33—光束整形模块 34—激光光束

35—支架 40—驱动机构 41—第一线性模组

42—第二线性模组 43—旋转装夹机构 44—超声波辅助振动装置

50—控制模组 51—冷却装置 60—待清洗零件

61—杂质层 62—保护层 70—保护气体发生装置

71—保护气氛 311—光纤传输线 321—三维扫描振镜

331—滤波准直模块 332—扩束模块 333—非球面变光路模块

334—滤波透镜 335—准直透镜 336—第一扩束透镜

337—第二扩束透镜 338—第一变光路透镜 339—第二变光路透镜。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～10描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1～3所示，本申请实施例提供了一种用于复杂构件的激光清洗设备，包括激光清洗系统30、驱动机构40、控制模组50、机箱10和防护罩20，防护罩20设置于机箱10上，激光清洗系统30包括高功率光纤激光器31和激光清洗头32，高功率光纤激光器31设置于机箱10内，激光清洗头32设置于防护罩20内并和高功率光纤激光器31电连接，其中，激光清洗头32可固定于立于机箱10上的支架35上，且激光清洗头32通过光纤传输线311和高功率光纤激光器31电连接。激光清洗头32的出光口设置有三维扫描振镜321，驱动机构40设置于机箱10上并对应三维扫描振镜321设置，驱动机构40用于装夹并驱动待清洗零件60在X轴和Y轴构成的二维平面上运动，和/或绕Z轴旋转，控制模组50设置于机箱10内，激光清洗头32和驱动机构40均和控制模组50电连接，控制模组50控制激光清洗头32和驱动机构40联动，以对待清洗零件60进行三维激光清洗。

进一步地，本申请的高功率光纤激光器31能够发射高能脉冲激光，并通过光纤传导至激光清洗头32，再由三维扫描振镜321反射后照射到待清洗零件60表面的污垢层，对待清洗零件60表面的锈、油漆、油污、氧化皮、镀层等附着层进行汽化、光剥离、光分解、光振动后实现清洗的目的。

可选地，激光清洗系统30还包括有冷却装置51，冷却装置51设置于机箱10内并用于向高功率光纤激光器31通入冷却媒介，以保证高功率光纤激光器31在工作时能够及时有效散热。可选地，激光清洗头32内还集成设置有视觉定位系统，一方面实现对待清洗零件60的精确定位，另一方面也实现了对激光清洗过程的有效监控。

需要说明的是：激光清洗技术是通过把高能量的激光束聚焦后照射一些物品的被污染部位，使被照射的物质发生振动、熔化、蒸发、燃烧等一系列复杂的物理化学过程，可以使污染物最终脱离物品表面，从而实现对表面污染物的清除。

相对于传统的清洗手段，激光清洗的优势首先在于激光清洗不需要使用任何化学溶剂或其他消耗品，对环境友好，操作安全的同时，也具有对环境的友好性，不需使用任何化学药剂和清洗液。其次在于激光清洗能够实现非接触式激光清洗，无介质残留，不会产生二次污染，还可实现选择性清洗，不损伤基材。同时，激光清洗的清洗效率高，振动辅助，加工表面氧化物脱落，易实现自动化，降低劳动强度。最后，激光清洗还可适用于难以触及的区域或表面、适用于危险或危险环境。

可选地，控制模组50可基于华中8型数控系统的二次开发软硬件平台进行编程并配合型号为RTCP1ms的插补器，同时结合三维扫描振镜321的工作参数等，实现控制驱动机构40和三维扫描振镜321实现六轴光机电协同控制。

例如，本实施例的控制模组50可在型号为RTCP1ms的插补器1ms的控制周期内，计算出待清洗零件60的被切割的子曲面在三维振镜坐标系下的空间位置，然后利用现场实时总线，将该此空间位置信息传输到控制模组50的用户自定义的从站模块，再由从站模块根据三维扫描振镜321的算法，实现在1ms内对长度为0.4mm的沟槽进行多次往复扫描加工，完成一个插补周期内子曲面微细结构的激光加工。

以下对本申请实施例提供的用于复杂构件的激光清洗设备作进一步说明：本申请实施例提供的用于复杂构件的激光清洗设备，工作时，设置于机箱10内的高功率光纤激光器31向激光清洗头32传输激光光束34，激光光束34经由三维扫描振镜321射出至装夹至驱动机构40上的待清洗零件60表面，进而实现对待清洗零件60表面的激光清洗。而由于驱动机构40能够驱动待清洗零件60在X轴和Y轴构成的二维平面上运动，和/或绕Z轴旋转，这样控制模组50即可通过控制驱动机构40和三维扫描振镜321实现上述两者的六轴光机电协同控制，这样当待清洗零件60为复杂构件时，激光清洗头32便能够与驱动机构40相配合，实现六轴光机电协同控制作业，这样便可灵活有效地实现对待清洗零件60(尤其是复杂构件)各个表面的激光清洗作业。

在本申请的另一个实施例中，如图4所示，激光清洗头32内设置有光束整形模块33，光束整形模块33用于将输入激光清洗头32的高斯光束整形为平顶光束，并控制平顶光束经由激光清洗头32的出光口射出。具体地，通过在激光清洗头32内设置光束整形模块33，这样输入激光清洗头32的高斯光束即可被整形为平顶光束，如此便显著增大了经由激光清洗头32射出的激光光束34作用于待清洗零件60表面的光斑面积，由此便显著提升了单位时间内覆盖于待清洗零件60的表面的激光光斑面积，从而有效缩短了待清洗零件60激光清洗作业时的所需时间，显著提升了待清洗零件60的激光清洗效率。

在本申请的另一个实施例中，如图4所示，光束整形模块33包括沿激光清洗头32的入光口至出光口逐序排布的滤波准直模块331、扩束模块332和非球面变光路模块333。具体地，光束整形模块33在具体工作时，自高功率光纤激光器31输出至激光清洗头32的高斯光束首先通过滤波准直模块331实现滤波和准直，继而在经由扩束模块332实现扩束处理，完成扩束后的激光光束34此时已转化为平顶光束，平顶光束而后再经由非球面变光路模块333进一步实现扩束，最终转变为能够在待清洗零件60表面投射形成理想面积光斑的平顶光束。

在本申请的另一个实施例中，如图4所示，滤波准直模块331包括间隔设置的滤波透镜334和准直透镜335，滤波透镜334靠近激光清洗头32的入光口设置，准直透镜335靠近扩束模块332设置。具体地，滤波准直模块331在具体工作时，高斯光束首先通过滤波透镜334以消除反射光线，再通过准直透镜335形成一束平行的准直光束。

可选地，准直透镜335为平凸透镜，其凸面朝向滤波透镜334设置，这样准直透镜335在对高斯光束进行准直校正时，也可起到对高斯光束的预扩束作用。

在本申请的另一个实施例中，如图4所示，扩束模块332包括靠近准直透镜335设置的第一扩束透镜336和靠近非球面变光路模块333设置的第二扩束透镜337，第一扩束透镜336和第二扩束透镜337均为平凸透镜，第一扩束透镜336的凸面朝向准直透镜335设置，第二扩束透镜337的凸面朝向非球面变光路模块333设置，这样第一扩束透镜336和第二扩束透镜337便构成了开普勒整形系统。具体地，扩束模块332在具体工作时，到达扩束模块332的预扩束光束经由第一扩束透镜336和第二扩束透镜337两凸面的折射作用，最终实现了有效扩束，进而实现了高斯光束向平顶光束的有效转变。

可选地，第一扩束透镜336和第二扩束透镜337之间的间距可调，这样平顶光束最终形成于待清洗零件60表面的光斑直径也能够实现有效调整，进而也提升了待清洗零件60表面清洗的灵活性。

在本申请的另一个实施例中，如图4所示，非球面变光路模块333包括间隔设置的第一变光路透镜338和第二变光路透镜339，第一变光路透镜338靠近第二扩束透镜337设置，第二变光路透镜339靠近激光清洗头32的出光口设置，第一变光路透镜338为平凹透镜，第一变光路透镜338的凹面朝向第二变光路透镜339设置，第二变光路透镜339为平凸透镜，第二变光路透镜339的凸面朝向第一变光路透镜338的凹面设置，这样，第一变光路透镜338和第二变光路透镜339便构成了伽利略整形系统。而在激光清洗过程中，金属熔池如出现蒸发与气化的现象，就会导致待清洗零件60的表面出现凹坑，严重影响激光清洗质量和清洗效率，而激光光束34多为高斯光束，其中央能量密度的高度集中，进而便容易导致待清洗零件60的表面出现凹坑，而能量密度分布均匀的大光斑平顶激光束，则是激光清洗的理想光源。实际上，在激光打标和激光切割等激光加工设备中，其输出光束模式都是高斯光束，而用于焊接和熔覆的激光器输出光束，具有部分平顶光的特征，但仍然无法满足激光清洗中镜面抛光的要求。而本实施例的非球面变光路模块333在具体工作时，完成扩束的平顶光束经由相对设置的第一变光路透镜338的凹面和第二变光路透镜339的凸面折射，实现了其进一步扩束，这样平顶光束便通过扩束模块332和非球面变光路模块333的配合实现了双重扩束作用，也进一步增大了输出激光清洗头32的激光光束34作用至待清洗零件60表面的光斑面积，使得平顶光束能够实现对待清洗零件60表面的镜面抛光效果。

可选地，第一变光路透镜338和第二变光路透镜339的间隔可调，如此可进一步实现对平顶光束的扩束精度实现有效控制，进而提升了平顶光束的扩束效率，也兼顾了平顶光束的扩束精度。

在本申请的另一个实施例中，如图1和图3所示，驱动机构40包括沿X轴设置于机箱10上的第一线性模组41、沿Y轴设置于第一线性模组41上的第二线性模组42和用于装夹待清洗零件60的旋转装夹机构43，旋转装夹机构43对应激光清洗头32设置，第一线性模组41、第二线性模组42和旋转装夹机构43均和控制模组50电连接。具体地，X轴方向定义为沿机箱10的长度方向，Y轴方向定义为沿机箱10的宽度方向，而Z轴方向则定义为沿机箱10的高度方向。通过设置第一线性模组41、第二线性模组42和旋转装夹机构43，这样第一线性模组41、第二线性模组42和旋转装夹机构43相互配合便实现了待清洗零件60基于驱动机构40的三轴位移和旋转运动，同时，驱动机构40再结合激光清洗头32的三维扫描振镜321便实现了对待清洗零件60的六轴光机电协同控制激光清洗，显著提升了待清洗零件60的激光清洗灵活性和待清洗表面的全覆盖能力。

在本申请的另一个实施例中，如图3所示，控制模组50包括工控机和若干与工控机电连接的PLC控制器，第一线性模组41、第二线性模组42、旋转装夹机构43和激光清洗头32分别和对应的PLC控制器电连接。具体地，控制模组50在具体工作时，工控机通过各PLC控制器控制第一线性模组41、第二线性模组42、旋转装夹机构43和激光清洗头32及其三维扫描振镜321按照既定程序工作，以实现对待清洗零件60的六轴光机电协同控制清洗。

可选地，控制模组50还可包括有显示屏和输入设备(比如鼠标键盘等)，显示屏和输入设备均与工控机电连接以使得操作者通过输入设备实现和激光清洗设备的人机交互等。

同时，防护罩20的顶端可设置有与工控机电连接的声光报警器22，这样当激光清洗设备发生故障时，声光报警器22即可及时通过声光报警信息向操作者发出告警信号。

可选地，防护罩20内还可设置有除尘装置21，除尘装置21在激光清洗设备工作时可及时将激光清洗所产生的废烟和余屑及时排出设备外，保证清洗作业环境清洁，进而也保证了激光清洗后的待清洗零件60表面质量。

如图5～8所示，本申请实施例还提供了一种激光清洗方法，包括以下步骤：

S1：提供高功率光纤激光器31和与高功率光纤激光器31电连接的激光清洗头32，在激光清洗头32的出光口安装三维扫描振镜321；

S2：提供驱动机构40，驱动机构40装夹并驱动待清洗零件60在X轴和Y轴构成的二维平面上运动，和/或绕Z轴旋转，使得驱动机构40正对三维扫描振镜321；

S3：提供保护气体发生装置70，使得保护气体发生装置70于激光清洗作业时，向待清洗零件60的清洗部位喷射保护性气体，在待清洗零件60的清洗部位形成保护气氛71；

S4：提供超声波辅助振动装置44，将超声波辅助振动装置44安装于驱动机构40上，并使得超声波辅助振动装置44于激光清洗作业时，向待清洗零件60提供振动力；

S5：提供控制模组50，使得激光清洗头32、驱动机构40、保护气体发生装置70和超声波辅助振动装置44均和控制模组50电连接，控制模组50控制激光清洗头32和驱动机构40联动，以对待清洗零件60进行六轴光机电协同控制式激光清洗。

本申请实施例提供的激光清洗方法，通过控制模组50对驱动机构40和三维扫描振镜321的联动控制，如此便实现了对待清洗零件60的六轴光机电协同控制式激光清洗，从而显著提升了待清洗零件60的激光清洗效率，也实现了对待清洗零件60各个表面的灵活清洗。而通过设置超声波辅助振动装置44，其可在控制模组50的控制下，配合驱动机构40和激光清洗头32进行联动，从而快速震落待清洗零件60表面污物(尤其是复杂构件中常规清洗方法难以去除的污物)，这样待清洗零件60表面的污物即可在激光脉冲的振动作用、污物粒子所发生的热膨胀、污物分子级发生的光分解或相变，以及超声波辅助振动装置44提供的振动力的复合作用下，快速脱离待清洗零件60的表面，如此便显著提升了待清洗零件60的激光清洗效率。

可选地，如图9和图10所示，待清洗零件60在激光清洗过程中可能会存在有两种情况，第一是激光光束34完全被待清洗零件60的基体所吸收，进而待清洗零件60的基体振动，从而震落附着于待清洗零件60基体上的杂质层61(氧化物、油污、油漆粒子、残余镀层等)。第二是激光光束34完全被杂质层61所吸收，其自身发生振动而自待清洗零件60的基体上震落，并最终在待清洗零件60的基体表面形成保护层62。

在本申请的另一个实施例中，如图6所示，激光清洗头32内设置有用于使得激光清洗头32所输出的光束均匀化，并提高激光清洗头32的能量利用率的光束整形模块33，光束整形模块33由如下制造方法制得：

S11：建立输入和输出激光清洗头32的光束的物理模型；

S12：对光束进行光线追迹求解；其中，光束的光线追迹求解可在光束的物理模型的基础上，根据能量守恒定律推理得出。

S13：提供滤波准直模块331、扩束模块332和非球面变光路模块333，并根据光线追迹求解的结果对滤波准直模块331、扩束模块332和非球面变光路模块333在激光清洗头32内进行排布；

S14：建立非球面变光路模块333的非球面镜面型函数；其中，非球面镜面型函数可在基于光束的光线追迹求解的基础上，采用几何光学法得出。

S15：对非球面变光路模块333的面型曲线进行拟合；可选地，在建立了非球面镜面型函数后，可通过MATLAB仿真计算对建立的函数极限参数优化设计，完成参数优化设计后可反馈于非球面镜面型函数公式进行数据验证。数据验证无误后，即可通过ZMAX仿真分析软件对得到的非球面变光路模块333的面型曲线进行拟合，并通过将拟合结果反馈至优化参数，以验证各项参数正确与否；

S16：根据非球面变光路模块333的面型曲线拟合结果确定非球面变光路模块333的面型曲线。如此便实现了对光束整形模块33的非球面加工的工艺参数获取和修正，如此便显著提升了光束整形模块33在制造时的精确性。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于复杂构件的激光清洗设备，其特征在于：包括激光清洗系统、驱动机构、控制模组、机箱和防护罩，所述防护罩设置于所述机箱上，所述激光清洗系统包括高功率光纤激光器和激光清洗头，所述高功率光纤激光器设置于所述机箱内，所述激光清洗头设置于所述防护罩内并和所述高功率光纤激光器电连接，所述激光清洗头的出光口设置有三维扫描振镜，所述驱动机构设置于所述机箱上并对应所述三维扫描振镜设置，所述驱动机构用于装夹并驱动待清洗零件在X轴和Y轴构成的二维平面上运动，和/或绕Z轴旋转，所述控制模组设置于所述机箱内，所述激光清洗头和所述驱动机构均和所述控制模组电连接，所述控制模组控制所述激光清洗头和所述驱动机构联动，以对所述待清洗零件进行六轴光机电协同控制式激光清洗。

2.根据权利要求1所述的用于复杂构件的激光清洗设备，其特征在于：所述激光清洗头内设置有光束整形模块，所述光束整形模块用于将输入所述激光清洗头的高斯光束整形为平顶光束，并控制所述平顶光束经由所述激光清洗头的出光口射出。

3.根据权利要求2所述的用于复杂构件的激光清洗设备，其特征在于：所述光束整形模块包括沿所述激光清洗头的入光口至出光口逐序排布的滤波准直模块、扩束模块和非球面变光路模块。

4.根据权利要求3所述的用于复杂构件的激光清洗设备，其特征在于：所述滤波准直模块包括间隔设置的滤波透镜和准直透镜，所述滤波透镜靠近所述激光清洗头的入光口设置，所述准直透镜靠近所述扩束模块设置。

5.根据权利要求4所述的用于复杂构件的激光清洗设备，其特征在于：所述扩束模块包括靠近所述准直透镜设置的第一扩束透镜和靠近所述非球面变光路模块设置的第二扩束透镜，所述第一扩束透镜和所述第二扩束透镜均为平凸透镜，所述第一扩束透镜的凸面朝向所述准直透镜设置，所述第二扩束透镜的凸面朝向所述非球面变光路模块设置。

6.根据权利要求5所述的用于复杂构件的激光清洗设备，其特征在于：所述非球面变光路模块包括间隔设置的第一变光路透镜和第二变光路透镜，所述第一变光路透镜靠近所述第二扩束透镜设置，所述第二变光路透镜靠近所述激光清洗头的出光口设置，所述第一变光路透镜为平凹透镜，所述第一变光路透镜的凹面朝向所述第二变光路透镜设置，所述第二变光路透镜为平凸透镜，所述第二变光路透镜的凸面朝向所述第一变光路透镜的凹面设置。

7.根据权利要求1～6任一项所述的用于复杂构件的激光清洗设备，其特征在于：所述驱动机构包括沿X轴设置于所述机箱上的第一线性模组、沿Y轴设置于所述第一线性模组上的第二线性模组和用于装夹所述待清洗零件的旋转装夹机构，所述旋转装夹机构对应所述激光清洗头设置，所述第一线性模组、所述第二线性模组和所述旋转装夹机构均和所述控制模组电连接。

8.根据权利要求7所述的用于复杂构件的激光清洗设备，其特征在于：所述控制模组包括工控机和若干与所述工控机电连接的PLC控制器，所述第一线性模组、所述第二线性模组、所述旋转装夹机构和所述激光清洗头分别和对应的所述PLC控制器电连接。

9.一种激光清洗方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：提供高功率光纤激光器和与所述高功率光纤激光器电连接的激光清洗头，在所述激光清洗头的出光口安装三维扫描振镜；

S2：提供驱动机构，所述驱动机构装夹并驱动待清洗零件在X轴和Y轴构成的二维平面上运动，和/或绕Z轴旋转，使得所述驱动机构正对所述三维扫描振镜；

S3：提供保护气体发生装置，使得所述保护气体发生装置于激光清洗作业时，向所述待清洗零件的清洗部位喷射保护性气体；

S4：提供超声波辅助振动装置，将所述超声波辅助振动装置安装于所述驱动机构上，并使得所述超声波辅助振动装置于激光清洗作业时，向所述待清洗零件提供振动力；

S5：提供控制模组，使得所述激光清洗头、所述驱动机构、所述保护气体发生装置和所述超声波辅助振动装置均和所述控制模组电连接，所述控制模组控制所述激光清洗头和所述驱动机构联动，以对所述待清洗零件进行六轴光机电协同控制式激光清洗。

10.根据权利要求9所述的激光清洗方法，其特征在于：所述激光清洗头内设置有用于使得所述激光清洗头输出的光束均匀化，并提高所述激光清洗头的的能量利用率的光束整形模块，所述光束整形模块由如下制造方法制得：

S11：建立输入和输出所述激光清洗头的光束的物理模型；

S12：对所述光束进行光线追迹求解；

S13：提供滤波准直模块、扩束模块和非球面变光路模块，并根据光线追迹求解的结果对所述滤波准直模块、所述扩束模块和所述非球面变光路模块在激光清洗头内进行排布；

S14：建立所述非球面变光路模块的非球面镜面型函数；

S15：对所述非球面变光路模块的面型曲线进行拟合；

S16：根据所述非球面变光路模块的面型曲线拟合结果确定所述非球面变光路模块的面型曲线。

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